(57)【要約】【課題】半導体基板上に所定の厚みの絶縁膜を介して形成された第一の電極を含む第一の素子と、半導体基板上に所定の厚みの絶縁膜よりも薄い絶縁膜を介して形成された第二の電極を含む第二の素子とを有する半導体素子の製造方法であって、第二の素子の特性劣化を防ぐことが可能な半導体素子の製造方法を提供する。【解決手段】ＯＮＯ構造のゲート絶縁膜２を半導体基板１上に形成する工程と、平面視において電極１１ｂを形成すべき領域にあるゲート絶縁膜２の厚みを薄くする絶縁膜加工工程（図１（ｂ））と、絶縁膜加工工程後、半導体基板１上に導電性膜１１を形成する導電性膜形成工程（図１（ｃ））と、導電性膜１１をパターニングして、ゲート絶縁膜２の厚みの薄くなった部分の上に導電性膜１１を残すパターニング工程（図１（ｅ））とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に所定の厚みの絶縁膜を介して形成された第一の電極を含む第一の素子と、前記半導体基板上に前記所定の厚みの絶縁膜よりも薄い絶縁膜を介して形成された第二の電極を含む第二の素子とを有する半導体素子の製造方法であって、
前記第二の電極の形成工程が、
前記所定の厚みの絶縁膜を前記半導体基板上に形成する絶縁膜形成工程と、
前記所定の厚みの絶縁膜のうち、平面視において前記第二の電極を形成すべき領域に、前記所定の厚みよりも浅い深さの開口を形成する開口形成工程と、
前記開口形成工程後、前記半導体基板上に導電性膜を形成する導電性膜形成工程と、
前記導電性膜うち、平面視において前記開口と重なる部分を少なくとも残すように前記導電性膜をパターニングして前記第二の電極を形成するパターニング工程とを含む半導体素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体素子の製造方法であって、
前記所定の厚みの絶縁膜が、第一の酸化膜と窒化膜と第二の酸化膜とをこの順に積層したＯＮＯ膜であり、
前記開口形成工程では、平面視において前記第二の電極を形成すべき領域にある前記窒化膜及び前記第二の酸化膜を除去して前記開口を形成する半導体素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体素子の製造方法であって、
前記パターニング工程において、平面視において前記第一の電極を形成すべき領域にある前記所定の厚みの絶縁膜上にも前記導電性膜を残すようにパターニングを行って、前記第二の電極と前記第一の電極を同時に形成する半導体素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の半導体素子の製造方法であって、
前記半導体素子がＣＣＤ型固体撮像素子であり、
前記第一の素子が、前記半導体基板内に形成された光電変換素子で発生した電荷を転送する電荷転送素子であり、
前記第二の素子が、前記ＣＣＤ型固体撮像素子の周辺回路のＭＯＳトランジスタである半導体素子の製造方法。
【請求項５】
半導体基板上に所定の厚みの絶縁膜を介して形成された第一の電極を含む第一の素子と、前記半導体基板上に前記所定の厚みの絶縁膜よりも薄い絶縁膜を介して形成された第二の電極を含む第二の素子とを有する半導体素子であって、
前記半導体基板上に形成された前記所定の厚みの絶縁膜のうち、平面視において前記第二の電極を形成すべき領域には、前記所定の厚みよりも浅い深さの開口が形成され、
前記第二の電極が前記開口を埋めて形成されている半導体素子。
【請求項６】
請求項５記載の半導体素子であって、
前記所定の厚みの絶縁膜が、第一の酸化膜と窒化膜と第二の酸化膜とをこの順に積層したＯＮＯ膜であり、
前記開口が、前記第二の電極を形成すべき領域にある前記窒化膜と前記第二の酸化膜を除去して形成されたものである半導体素子。
【請求項７】
請求項５又は６記載の半導体素子であって、
前記半導体素子がＣＣＤ型固体撮像素子であり、
前記第一の素子が、前記半導体基板内に形成された光電変換素子で発生した電荷を転送する電荷転送素子であり、
前記第二の素子が、前記ＣＣＤ型固体撮像素子の周辺回路のＭＯＳトランジスタである半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板上に所定の厚みの絶縁膜を介して形成された第一の電極を含む第一の素子と、前記半導体基板上に前記所定の厚みの絶縁膜よりも薄い絶縁膜を介して形成された第二の電極を含む第二の素子とを有する半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板上に厚みの厚い絶縁膜を介して形成された電極を有する素子と、半導体基板上に該絶縁膜よりも薄い絶縁膜を介して形成された電極を有する素子とが混在した半導体素子が存在する。このような半導体素子の一例としてＣＣＤ型の固体撮像素子が挙げられる。
【０００３】
ＣＣＤ型の固体撮像素子は、多数の光電変換素子と、この光電変換素子で発生した電荷を転送するための電荷転送素子と、電荷転送素子で転送されてきた電荷に応じた信号を外部に出力する信号出力アンプとを備える。電荷転送素子は、半導体基板内に形成された電荷転送チャネルと、電荷転送チャネル上方に形成された多数の電極とから構成される。多数の電極は、例えば２層構造となっており、先に形成される１層目の電極と後に形成される２層目の電極とに分類される。又、ＣＣＤ型の固体撮像素子が作りこまれる半導体基板には、光電変換素子及び電荷転送素子が形成される撮像領域と、信号出力アンプやそれ以外の回路等を含む周辺回路が形成される周辺回路領域とが存在する。
【０００４】
ＣＣＤ型の固体撮像素子の電荷転送素子は、転送効率や耐圧性等を考慮するために、そのゲート絶縁膜として、酸化膜と窒化膜と酸化膜をこの順に積層したＯＮＯ構造の絶縁膜が用いられる。一方、ＣＣＤ型の固体撮像素子の周辺回路のＭＯＳトランジスタは、利得や周波数応答に対する要求を満たすために、そのゲート絶縁膜として１層構造の酸化膜が用いられる。
【０００５】
図３は、従来のＣＣＤ型固体撮像素子の製造工程を工程順に示した断面模式図であり、電荷転送素子の１層目の電極と周辺回路とを同時に形成する方法を説明するためのものである。図３では、撮像領域における断面と周辺回路領域における断面とを合わせて図示した。
まず、半導体基板１上に、酸化シリコン等からなる酸化膜２ａと窒化シリコン等からなる窒化膜２ｂと酸化シリコン等からなる酸化膜２ｃとをこの順に積層してＯＮＯ構造のゲート絶縁膜２を形成する。次に、フォトリソグラフィ法により、撮像領域上にのみレジスト３を形成する（図３（ａ））。
【０００６】
次に、レジスト３をマスクにしてエッチングを行い、周辺回路領域のゲート絶縁膜２のうちの窒化膜２ｂと酸化膜２ｃを除去する（図３（ｂ））。次に、半導体基板１上にポリシリコン等からなる導電性膜４をＣＶＤ法等により形成する（図３（ｃ））。
【０００７】
次に、フォトリソグラフィ法により、平面視において、電荷転送素子の１層目の電極を形成すべき領域と、周辺回路の構成要素であるＭＯＳトランジスタのゲート電極を形成すべき領域とにある導電性膜４上にのみレジスト５を形成する（図３（ｄ））。次に、レジスト５をマスクにしてエッチングを行い、電荷転送素子の１層目の電極４ａと、周辺回路のＭＯＳトランジスタのゲート電極４ｂとを形成する（図３（ｅ））。この後は、電極４ａを熱酸化して電極４ａの周囲に絶縁膜を形成後、ポリシリコン等からなる導電性膜をＣＶＤ法によって形成し、これをパターニングして２層目の電極を形成して、電荷転送素子の電極と周辺回路の電極の形成を終了する。
【０００８】
ＣＣＤ型固体撮像素子の製造方法に関する文献として例えば特許文献１が挙げられる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−０４１４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した製造方法では、薄い酸化膜２ａ上に形成された導電性膜４をエッチングしてゲート電極４ｂを形成しているため、ゲート電極４ｂ下面の端部近傍の酸化膜２ａにオーバーエッチ時のダメージが入ったり、この酸化膜２ａの厚みが目減りして耐圧が確保できなくなったりして、周辺回路の特性が劣化する可能性がある。特に、ＣＣＤ型固体撮像素子では、電荷転送素子の特性要求によって導電性膜４の膜厚を薄くすることができないため、このエッチングによる影響を抑えることが難しい。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、半導体基板上に所定の厚みの絶縁膜を介して形成された第一の電極を含む第一の素子と、半導体基板上に所定の厚みの絶縁膜よりも薄い絶縁膜を介して形成された第二の電極を含む第二の素子とを有する半導体素子の製造方法であって、第二の素子の特性劣化を防ぐことが可能な半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の半導体素子の製造方法は、半導体基板上に所定の厚みの絶縁膜を介して形成された第一の電極を含む第一の素子と、前記半導体基板上に前記所定の厚みの絶縁膜よりも薄い絶縁膜を介して形成された第二の電極を含む第二の素子とを有する半導体素子の製造方法であって、前記第二の電極の形成工程が、前記所定の厚みの絶縁膜を前記半導体基板上に形成する絶縁膜形成工程と、前記所定の厚みの絶縁膜のうち、平面視において前記第二の電極を形成すべき領域に、前記所定の厚みよりも浅い深さの開口を形成する開口形成工程と、前記開口形成工程後、前記半導体基板上に導電性膜を形成する導電性膜形成工程と、前記導電性膜うち、平面視において前記開口と重なる部分を少なくとも残すように前記導電性膜をパターニングして前記第二の電極を形成するパターニング工程とを含む。
【００１３】
本発明の半導体素子の製造方法は、前記所定の厚みの絶縁膜が、第一の酸化膜と窒化膜と第二の酸化膜とをこの順に積層したＯＮＯ膜であり、前記開口形成工程では、平面視において前記第二の電極を形成すべき領域にある前記窒化膜及び前記第二の酸化膜を除去して前記開口を形成する。
【００１４】
本発明の半導体素子の製造方法は、前記パターニング工程において、平面視において前記第一の電極を形成すべき領域にある前記所定の厚みの絶縁膜上にも前記導電性膜を残すようにパターニングを行って、前記第二の電極と前記第一の電極を同時に形成する。
【００１５】
本発明の半導体素子の製造方法は、前記半導体素子がＣＣＤ型固体撮像素子であり、前記第一の素子が、前記半導体基板内に形成された光電変換素子で発生した電荷を転送する電荷転送素子であり、前記第二の素子が、前記ＣＣＤ型固体撮像素子の周辺回路のＭＯＳトランジスタである。
【００１６】
本発明の半導体素子は、半導体基板上に所定の厚みの絶縁膜を介して形成された第一の電極を含む第一の素子と、前記半導体基板上に前記所定の厚みの絶縁膜よりも薄い絶縁膜を介して形成された第二の電極を含む第二の素子とを有する半導体素子であって、前記半導体基板上に形成された前記所定の厚みの絶縁膜のうち、平面視において前記第二の電極を形成すべき領域には、前記所定の厚みよりも浅い深さの開口が形成され、前記第二の電極が前記開口を埋めて形成されている。
【００１７】
本発明の半導体素子は、前記所定の厚みの絶縁膜が、第一の酸化膜と窒化膜と第二の酸化膜とをこの順に積層したＯＮＯ膜であり、前記開口が、前記第二の電極を形成すべき領域にある前記窒化膜と前記第二の酸化膜を除去して形成されたものである。
【００１８】
本発明の半導体素子は、前記半導体素子がＣＣＤ型固体撮像素子であり、前記第一の素子が、前記半導体基板内に形成された光電変換素子で発生した電荷を転送する電荷転送素子であり、前記第二の素子が、前記ＣＣＤ型固体撮像素子の周辺回路のＭＯＳトランジスタである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、半導体基板上に所定の厚みの絶縁膜を介して形成された第一の電極を含む第一の素子と、半導体基板上に所定の厚みの絶縁膜よりも薄い絶縁膜を介して形成された第二の電極を含む第二の素子とを有する半導体素子の製造方法であって、第二の素子の特性劣化を防ぐことが可能な半導体素子の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
図１及び図２は、本発明の実施形態の半導体素子の一例であるＣＣＤ型固体撮像素子の製造工程を工程順に示した断面模式図である。図１及び図２では、撮像領域における断面と周辺回路領域における断面とを合わせて図示した。図１及び図２において図３と同じ構成には同一符号を付してある。
まず、半導体基板１上に、酸化シリコン等からなる酸化膜２ａと窒化シリコン等からなる窒化膜２ｂと酸化シリコン等からなる酸化膜２ｃとをこの順に積層してＯＮＯ構造のゲート絶縁膜２を形成する。次に、半導体基板１上にレジスト１０を形成し、露光及び現像を行って、平面視において周辺回路のＭＯＳトランジスタのゲート電極を形成すべき領域にのみ開口ｋを形成する（図１（ａ））。
【００２２】
次に、レジスト１０をマスクにしてエッチングを行い、平面視において周辺回路のＭＯＳトランジスタのゲート電極を形成すべき領域にある窒化膜２ｂと酸化膜２ｃを除去して、ゲート絶縁膜２に開口Ｋを形成する（図１（ｂ））。次に、半導体基板１上にポリシリコン等からなる導電性膜１１をＣＶＤ法等により形成する（図１（ｃ））。
【００２３】
次に、フォトリソグラフィ法により、平面視において、電荷転送素子の１層目の電極を形成すべき領域にある導電性膜１１上と、導電性膜１１の開口Ｋと重なる部分の上とにレジスト１２を形成する（図１（ｄ））。図１では、開口Ｋ上に形成するレジスト１２を、開口Ｋの平面視での大きさよりも大きくしているが、このレジスト１２の大きさは開口Ｋの平面視での大きさと同等又はそれより大きければ良い。次に、レジスト１２下にある導電性膜１１が残るように、レジスト１２をマスクにしてエッチングを行い、電荷転送素子の１層目の電極１１ａと、周辺回路のＭＯＳトランジスタのゲート電極１１ｂとを形成する（図１（ｅ））。
【００２４】
次に、電極１１ａを熱酸化して電極１１ａの周囲に絶縁膜１３を形成する。このとき、ゲート電極１１ｂの周囲も熱酸化により絶縁膜１３が形成される（図２（ｆ））。次に、ポリシリコン等からなる導電性膜１４をＣＶＤ法等によって形成し（図２（ｇ））、これをフォトリソグラフィ法及びエッチングによってパターニングして２層目の電極１４ａを形成して（図２（ｈ））、電荷転送素子の電極１１ａ，１４ａと周辺回路のゲート電極１１ｂの形成を終了する。
【００２５】
以上のような製造方法によれば、図１（ｄ）の状態からオーバーエッチが行われた場合でも、ゲート電極１１ｂ下面と接する酸化膜２ａはエッチングによってダメージを受けることがなく、周辺回路のＭＯＳトランジスタの特性劣化を防ぐことができる。又、以上のような製造方法によれば、ゲート電極１１ｂのサイズを、ゲート絶縁膜２に形成する開口Ｋの大きさによって実質的に規定することができる。窒化膜２ｂと酸化膜２ｃの合計膜厚は導電性膜１１に比べると非常に薄いため、開口Ｋの形状制御が容易である。このため、開口Ｋによって形状が規定されるゲート電極１１ｂはその形状が安定したものとなり、ＭＯＳトランジスタの特性のばらつきを少なくすることができる。尚、窒化膜２ｂと酸化膜２ｃの合計膜厚が薄いことから、開口Ｋ形成時の酸化膜２ａへのエッチングによる影響は少ない。
【００２６】
又、開口Ｋを形成する工程は、撮像領域においてゲート絶縁膜２の窒化膜に開口を形成する工程がある場合に、この工程と同時に行うことができるため、工程数を増加することなく、周辺回路の特性劣化を防ぐことができる。
【００２７】
尚、以上の説明では、ＣＣＤ型固体撮像素子の電荷転送素子の１層目の電極１１ａと、ゲート電極１１ｂとを同時に形成するものとしたが、ゲート電極１１ｂは、電荷転送素子の２層目の電極と同時に形成しても良い。この場合は、ゲート絶縁膜２上に１層目の電極１１ａを形成して、電極１１ａを熱酸化した後に、図１（ａ），（ｂ）に示した方法でゲート絶縁膜２に開口Ｋを形成する。そして、開口Ｋの形成後に半導体基板１上に導電性膜１４を形成し、導電性膜１４のうち、平面視において電極１４ａを形成すべき領域にある部分と、開口Ｋと重なる部分とが残るように、フォトリソグラフィ法及びエッチングによってパターニングを行い、電極１４ａとゲート電極１１ｂを同時に形成すれば良い。
【００２８】
又、ゲート電極１１ｂは、電荷転送素子の２層目の電極を形成後に形成しても良い。この場合は、ゲート絶縁膜２上に１層目の電極１１ａと２層目の電極１４ａを公知の手法で形成した後に、半導体基板１上に酸化シリコン等の絶縁膜を形成した後、図１（ａ），（ｂ）に示した方法でゲート絶縁膜２とその上の絶縁膜とに開口Ｋを形成する。そして、半導体基板１上に導電性膜を形成し、この導電性膜のうち開口Ｋと重なる部分が少なくとも残るように、フォトリソグラフィ法及びエッチングによってパターニングを行い、ゲート電極１１ｂを形成すれば良い。
【００２９】
又、以上の説明では、ＯＮＯ構造の絶縁膜をゲート絶縁膜とする電荷転送素子と、１層の酸化膜をゲート絶縁膜とするＭＯＳトランジスタとを有するＣＣＤ型の固体撮像素子を例にしたが、本発明は、厚みの異なるゲート絶縁膜が混在する半導体素子であれば適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態の半導体素子の一例であるＣＣＤ型固体撮像素子の製造工程を工程順に示した断面模式図
【図２】本発明の実施形態の半導体素子の一例であるＣＣＤ型固体撮像素子の製造工程を工程順に示した断面模式図
【図３】従来のＣＣＤ型固体撮像素子の製造工程を工程順に示した断面模式図
【符号の説明】
【００３１】
１  半導体基板
２  ゲート絶縁膜
２ａ，２ｃ  酸化膜
２ｂ  窒化膜
１０，１２  レジスト
１１，１４  導電性膜
１１ａ  電荷転送素子の１層目の電極
１１ｂ  ＭＯＳトランジスタのゲート電極
１４ｂ  電荷転送素子の２層目の電極
１３  絶縁膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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